復合地基(cfg樁)在復雜工程地質(zhì)條件下的可行性探討

1、<p>　　復合地基(CFG樁)在復雜工程地質(zhì)條件下的可行性探討</p><p>　　【摘要】在城市開發(fā)建設中，復雜地質(zhì)條件是基礎設計時應重視的主要工程地質(zhì)問題。通過本文工程實例，詳細分析了高程建筑筏板基礎在復雜工程地質(zhì)條件下采用復合地基（CFG樁）的可行性。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】高程建筑 復雜地質(zhì)條件 復合地基（CFG樁）可行性 </p><p&

2、gt;　　中圖分類號：TU198文獻標識碼： A </p><p><b>　　1前言 </b></p><p>　　CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基，主要適用于素填土、粘性土、粉土、砂土，由該地基處理方案質(zhì)量易控制，造價低，經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益明顯，有極大的發(fā)展?jié)摿Α５趶?/p>

3、雜工程地質(zhì)條件下，如碎石層，破碎的灰?guī)r風化呈塊石、碎石夾雜孤石層等，采用復合地基（CFG樁）能否可行。本文通過工程實例，探討高層建筑在復雜工程地質(zhì)條件下復合地基（CFG樁）的可行性。 </p><p><b>　　2工程概況 </b></p><p>　　廣西建工大廈位于廣西南寧市五象新區(qū)平樂大道。塔樓高24F，附屬商業(yè)裙樓高3~4F，設計±0.00標高約為

4、102.90m，整個場地均設3層地下室，地下室基底標高約為86.80m，建筑物平面整體形狀呈矩形。建筑物基礎形式原設計采用樁基礎，由于場地樁端巖溶復雜，樁基施工過程中樁端底部較完整巖石難確定。經(jīng)勘察，深度在20~40m范圍內(nèi)的巖體大部已被裂隙切割呈塊石狀，垂直水平裂隙發(fā)育，地質(zhì)條件復雜。根據(jù)施工勘察成果，設計擬調(diào)整為復合地基筏板基礎，以復合地基作為基礎持力層。該項目于前期已完成了初步勘察階段的巖土工程勘察，為進一步探明場地地層分布情況及

5、巖溶發(fā)育情況，分析復合地基（CFG樁）的可行性，對場地進行詳細（施工）勘察。 </p><p>　　3建筑場地工程地質(zhì)條件 </p><p>　　根據(jù)鉆探揭露，場地地層主為第四系殘積硬塑含碎石粘土②（Q3el）、碎石③（Q3el）、硬塑粘土④（Q3el）、可塑粘土⑤（Q3el）和泥盆系上統(tǒng)（D3）破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥1、較破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥及中風化較完整扁豆狀石灰?guī)r⑦。 </p>

6、<p>　　1）含碎石粘土②：褐紅色、褐黃色，硬塑狀態(tài)為主，局部堅硬，土層結(jié)構(gòu)較緊密，不均勻，含10~45%的風化硅質(zhì)巖碎石、角礫，碎石粒徑以15~35mm居多，棱角狀為主。 </p><p>　　2）碎石③：褐紅色、灰黃色、灰白色，中密狀態(tài)為主，局部地段為稍密狀，碎石粒徑以20~45mm居多，顆粒粗細混雜，充填較多粘性土，顆粒以棱角狀為主，成分主要為硅質(zhì)巖、灰?guī)r，呈強風化狀態(tài)，不均勻，一般隨深度增

7、加粘土含量減少，硅質(zhì)巖風化不均勻。 </p><p>　　3）粘土④：褐黃色，褐紅色，硬塑為主，局部堅硬，切面較光滑，干強度高，韌性高，搖振無反應。該層主要為扁豆狀石灰?guī)r的風化殘積物，局部含少量硅質(zhì)巖、石灰?guī)r角礫。 </p><p>　　4）粘土⑤：黃色，褐黃色，可塑狀態(tài)，切面光滑，粘性較強，干強度高，韌性高，搖振無反應，該層主要為石灰?guī)r的風化殘積物。 </p><p&

8、gt;　　5）較破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥：灰色，局部為紫紅色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)及扁豆狀結(jié)構(gòu)，厚層塊狀構(gòu)造，巖體較破碎，溶蝕裂隙較發(fā)育，見較多的溶洞、溶蝕、裂隙、溶孔等現(xiàn)象，巖體已風化呈塊石土或碎石土狀，鉆進進尺較慢，鉆具跳動，巖芯呈碎塊狀、短柱狀。由于該層風化程度不均勻，部分呈塊石土、部分呈碎石土狀，力學性質(zhì)差異大，⑥層可進一步細化，將已風化呈塊石土部分劃分為⑥層，已風化呈碎石土為主、局部夾塊石的地段劃分⑥1亞層。 </p><

9、p>　　6）中風化較完整扁豆狀石灰?guī)r⑦：灰色、紫紅色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)及扁豆狀結(jié)構(gòu)，中厚層塊狀構(gòu)造，扁豆體多呈橢圓形，大小一般為0.5~1.0×2~4cm，膠結(jié)物為泥灰質(zhì)、鈣質(zhì)。巖石較堅硬，垂直、水平裂隙發(fā)育，裂隙面局部為紫紅色泥質(zhì)充填。局部見溶蝕現(xiàn)象，局部見少量方解石脈穿插。 </p><p><b>　　4巖土參數(shù)的確定 </b></p><p>　　根

10、據(jù)勘察成果，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工程經(jīng)驗。各巖土層的承載力特征值fak（kPa）、飽和重度γ(kN/m3)、壓縮模量ES（MPa）、粘聚力標準值ck(kPa)及內(nèi)摩擦角標準值K（°）等巖土參數(shù)值建議如下表1： </p><p>　　各巖土層物理力學性質(zhì)指標建議值表 表1 </p><p>　　地層名稱及層號 天然 </p><p>　　重度 直剪 壓縮模量 地基

11、承載力特征值 巖石飽和單軸抗壓強度標準值 </p><p>　　粘聚力標準值 內(nèi)摩擦角標準值 ES1-2 ES2-4 </p><p>　　γ（kN/m3） cK(kPa) K （o） (MPa) (MPa) fak kPa frk(MPa) </p><p>　　含碎石粘土② 19.8 35 17 14 16 250 -- </p><p>

12、;　　碎石③ 21.0 20 30 18 20 300 — </p><p>　　硬塑粘土④ 19.6 45 12 10 12 220 — </p><p>　　可塑粘土⑤ 19.4 40 8 7 9 160 — </p><p>　　破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥1 25.0 75 33 E0=26 E0=30 500 -- </p><p>　　較破

13、碎扁豆狀石灰?guī)r⑥ 26.5 200 35 E0=46 E0=52 1500 15 </p><p>　　中風化較完整扁豆狀石灰?guī)r⑦ 27.3 -- -- -- -- 4000 55 </p><p>　　5復合地基（CFG樁）的分析與評價 </p><p>　　本項目建筑塔樓高24F，設計±0.00標高約為102.90m，整個場地均設三層地下室，地下室基底

14、標高約為86.80m，根據(jù)勘察成果資料評價如下： </p><p>　　塔樓采用筏板基礎時，基底持力層含碎石粘土②層、碎石③層、硬塑粘土④層、破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥1層承載力不能滿足設計荷載要求，因此塔樓地段的含碎石粘土②層、碎石③層、硬塑粘土④層及破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥1層可采用復合地基（CFG樁）處理，以加大基礎剛度及變形協(xié)調(diào)能力，形成復合地基+天然地基（天然地基持力層⑥層），在復合地基+天然地基上采用筏板基礎。CF

15、G樁樁基設計參數(shù)建議如下表2。 </p><p>　　CFG樁樁基設計參數(shù)建議值 表2 </p><p>　　地層名稱及層號 CFG樁 </p><p>　　樁周土的側(cè)阻力特征值qsa 樁端土的端阻力特征值qpa </p><p>　　(kPa) (kPa) </p><p>　　含碎石粘土② 25 650 </

16、p><p>　　碎石③ 43 1100 </p><p>　　硬塑粘土④ 23 600 </p><p>　　可塑粘土⑤ 20 450 </p><p>　　破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥1 55 1300 </p><p>　　較破碎扁豆狀石灰?guī)r⑥ 80 1600 </p><p>　　中風化較完整扁豆狀灰?guī)r

17、⑦ 120 qpa=1600；E0=52 </p><p>　　備注：1、中風化較完整扁豆狀灰?guī)r⑦層根據(jù)鉆探及施工情況，表中⑦層的CFG樁樁基設計參值建議按⑥層考慮。 </p><p>　　據(jù)場地地質(zhì)條件把塔樓地段劃分為兩個區(qū)域即1區(qū)和2區(qū)。1區(qū)范圍處理巖土層主要為③、④層，局部為⑥1層，建議處理深度25m；2區(qū)范圍處理巖土層主要為⑥1層，建議處理深度20m。（復合地基處理范圍應滿足《建筑

18、地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）相關(guān)規(guī)定要求）。見圖1 </p><p>　?。?）CFG樁單樁豎向承載力特征值估算 </p><p>　　復合地基單樁豎向承載力特征值根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（（JGJ 79—2012）公式7.1.5-3條，估算CFG樁的單樁豎向承載力特征值如下： </p><p>　　1區(qū)：假定樁徑0.80m、樁長25m，地層厚度

19、取該區(qū)相對軟弱土層分布較厚的B136孔一帶地層厚度，計算單樁豎向承載力特征值約為Ra=1745KN。 </p><p>　　2區(qū)：假定樁徑0.80m、樁長20m，地層厚度取該區(qū)相對軟弱土層分布較厚的143孔一帶地層厚度，計算單樁豎向承載力特征值約為Ra=2636KN。 </p><p>　?。?）復合地基承載力特征值估算 </p><p>　　復合地基承載力特征值根

20、據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）公式7.1.5-2條，估算復合地基承載力特征值如下： </p><p>　　1區(qū)：樁徑按0.80m，樁長按25m，單樁豎向承載力特征值按Ra=1745KN。單樁承載力發(fā)揮系數(shù)取0.8，樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)取0.9，樁徑取0.80m，按等邊三角形布樁，樁間距按1.6m，根據(jù)公式7.1.5-2估算，復合地基承載力特征值約為780 kPa。 </p>&

21、lt;p>　　2區(qū)：樁徑按0.80m，樁長按20m，單樁豎向承載力特征值按Ra=2636KN。單樁承載力發(fā)揮系數(shù)取0.8，樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)取0.9，按等邊三角形布樁，樁間距按2.4m，根據(jù)公式7.1.5-2估算，復合地基承載力特征值約為830kPa。 </p><p>　?。?）復合地基軟弱下臥層強度驗算 </p><p>　　1區(qū)：以場地B136鉆孔一帶進行復合地基軟弱下臥層強

22、度估算，復合地基處理深按25m，下臥可塑粘土⑤層埋深15+25=40m，軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后地基承載力特征值faz=1420 kPa，基底壓力取Pk=665kPa（建筑物荷載按工程經(jīng)驗荷載地上按每層25kPa、地下按每層30kPa考慮），基礎底面處土的自重壓力值約為Pc=20×15=300kPa,基礎長寬按矩形基礎40m×40m，不考慮地基壓力擴散，基礎底面至軟弱下臥層頂面的距離取復合地基厚度25m，按以上述

23、條件計算得復合地基底面處附加壓力值Pz=37kPa、土的自重壓力值Pcz=20×40=800kPa, Pz+ Pcz=37+800=837kPa< faz=1420 kPa（復合地基底面處⑤層經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值）。下臥層強度滿足要求。 </p><p>　　2區(qū)：以場地B143鉆孔一帶進行復合地基軟弱下臥層強度估算，復合地基處理深按20m，下臥可塑粘土⑤層埋深15+20=35m，軟弱下

24、臥層頂面處經(jīng)深度修正后地基承載力特征值faz=1260 kPa，基底壓力取Pk=665kPa，基礎底面處土的自重壓力值約為Pc=20×15=300kPa,基礎長寬按矩形基礎40m×40m，不考慮地基壓力擴散，基礎底面至軟弱下臥層頂面的距離取復合地基厚度20m，按以上述條件計算得復合地基底面處附加壓力值Pz=20.96kPa、土的自重壓力值Pcz=20×35=700kPa, Pz+ Pcz=20.96+700

25、=720.96kPa< faz=1260 kPa（復合地基底面處⑤層經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值）。下臥層強度滿足要求。 </p><p>　?。?）復合地基沉降變形量估算 </p><p>　　復合地基沉降變形包括復合土層的平均變形S1與樁端下未加固土層的壓縮變形S2。 </p><p>　　1區(qū)復合地基沉降變形量估算 </p><p&

26、gt;　　復合土層的平均變形S1：復合土層厚度為25m，復合土層頂面處附加壓力值Pz=365kPa，復合土層底面處附加壓力值Pz=37kPa，復合土層壓縮（變形）模量Esp=12×780/220=42.5MPa，計算得S1=118.2mm。未加固土層的壓縮變形S2：下伏未加固土層⑤層頂面處附加壓力值Pz=37kPa，⑤層底面處附加壓力值Pz=0時的壓縮層厚度為3.9m，⑤層壓縮模量Es=9MPa，計算得S2=8.0mm；地基總

27、沉降量S= S1+ S2=118.2+8.0=126.2mm(小于規(guī)范允許值200mm)。 </p><p>　　2區(qū)復合地基沉降變形量估算 </p><p>　　復合土層的平均變形S1：復合土層厚度為20m，復合土層頂面處附加壓力值Pz=365kPa，復合土層底面處附加壓力值Pz=20.96kPa，復合土層壓縮（變形）模量Esp=30×830/500=50MPa，計算得S1=7

28、7.2mm；未加固土層的壓縮變形S2：下伏未加固土層主要為可塑粘土⑤層，⑤層頂面處附加壓力值Pz=20.96kPa，⑤層底面處附加壓力值Pz=0時的壓縮層厚度為2.2m，⑤層壓縮模量Es=9MPa，計算得S2=2.6mm；地基總沉降量S= S1+ S2=77.2+2.6=79.8mm(小于規(guī)范允許值200mm)。 </p><p><b>　　6結(jié)論與建議 </b></p>&

29、lt;p>　　綜合以上分析，塔樓的基礎形式可選用天然地基+復合地基，在天然地基+復合地基上采用筏板基礎。基礎設計時應根據(jù)建筑物的上部結(jié)構(gòu)實際設計荷載及結(jié)構(gòu)特點對地基強度與變形進行驗算，復合地基單樁承載力及復合地基承載力應按規(guī)范進行載荷試驗最終確定。 </p><p>　　本項目經(jīng)過施工勘察，對復合地基（CFG樁）的承載力、變形沉降、下臥層強度進行初步驗算，驗算結(jié)果符合現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求，復合地基（CFG樁）的

30、地基處理方案是可行性的。后期經(jīng)過設計分析驗算與經(jīng)濟比選，最終廣西建工大廈塔樓采用復合地基（CFG樁）的地基處理方式，在復合地基上采用筏板基礎。 </p><p>　　廣西南寧市五象新區(qū)位地質(zhì)條件復雜，基礎設計施工中常遇到較多的工程地質(zhì)問題，通過本文對復合地基（CFG樁）在復雜工程地質(zhì)條件下的可行性分析，希望能給地基基礎設計工作者提供些幫助，解決一些工程地質(zhì)問題，為工程建設順利進行提供基礎條件，以加快五象新區(qū)的建設

31、步法，降低基礎投資，爭更大的經(jīng)濟效益。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）； </p><p>　　[2]《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021-2001（2009年版）； </p><p>　　[3]《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB